4.2基因表达与性状的关系课件-2020-2021学年高一下学期生物人教版必修2

“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同。所以然者何？水土异也。”(右图)像这种随环境不同，生物性状发生改变的例子非常普遍。北极附近生活着一种雷鸟，它们四季换羽，羽色多变，春夏季为灰褐色，秋季为黄栗色，冬季则为雪白色，在不同季节始终与环境保持一致。可见遗传信息对生物性状的控制，存在着复杂的调控机制。为什么相同的生物在不同的环境中会出现性状差异？基因、蛋白质、性状三者间究竟有怎样的关系？ 南橘（上）北枳（下） 基因表达与性状的关系 同一株水毛茛，裸露在空气中的叶和浸 在水中的叶，表现出了两种不同的形态。 这两种形态的叶，其细胞的基因组成一样吗？ 这两种叶形的差异，可能是由什么因素引起的？ 细胞的基因组成一样。 可能是由叶片所处的环境因素引起的。 基因表达产物与性状的关系 基因 指导合成 蛋白质 体现 性状 如何控制？ 早在19世纪，孟德尔就提出豌豆所表现出来的性状如：高茎和矮茎、圆粒和皱粒是由遗传因子控制的，后来我们通过大量的实验证明了这种说法，同时也找出了遗传因子的真身——DNA，那么DNA是如何控制生物性状的呢？以上的实例也告诉我们，其实基因与性状并非一一对应的关系，这又如何来理解？ 4 从基因的角度来解释孟德尔的圆粒与皱粒豌豆 DNA中插入了一段外来的DNA序列，打乱了编码淀粉分支酶的基因 淀粉分支酶不能________ 蔗糖不能合成为淀粉，蔗糖含量升高 淀粉含量低的豌豆由于失水而显得皱缩 编码淀粉分支酶的 基因正常 淀粉分支酶正常合成 蔗糖合成为淀粉， 淀粉含量升高 淀粉含量高，有效保持 水分，豌豆显得圆鼓鼓 正常合成 基因表达产物与性状的关系 5 控制酪氨酸酶的基因异常 酪氨酸酶不能正常合成 酪氨酸不能正常转化为黑色素 缺乏黑色素表现为白化病 由这二个实例大家可以总结出什么共同点？ ① 基因通过控制______合成来控制代谢过程，进而______控制生物体的_____ 酶的 性状 间接 6 CFTR基因缺失了3个碱基 结构蛋白(CFTR蛋白)异常，导致功能异常 患者支气管内黏液增多 囊性纤维病 黏液清除困难，细菌繁殖，肺部感染 囊性纤维化气管 正常气管 7 编码血红蛋白的 基因中一个碱基变化 血红蛋白的结构发生变化 红细胞成镰刀型 容易破裂，患溶血性贫血 人类镰刀形细胞贫血症 ② 基因还能通过控制蛋白质的______而_____控制生物体的_______ 性状 结构 直接 8 基因 生物体 的性状 基因表达产物与性状的关系 来自同一个受精卵的细胞为何形态、功能各异？ 无论是直接控制还是间接控制，基因都是通过指导蛋白质的合成来控制性状的。那么来自同一个受精卵的细胞基因相同，为何形态、功能各异。 10 基因的选择性 表达与细胞分化 早在19世纪，孟德尔就提出豌豆所表现出来的性状如：高茎和矮茎、圆粒和皱粒是由遗传因子控制的，后来我们通过大量的实验证明了这种说法，同时也找出了遗传因子的真身——DNA，那么DNA是如何控制生物性状的呢？以上的实例也告诉我们，其实基因与性状并非一一对应的关系，这又如何来理解？ 11 资料： 科学家用基因探针等高新科技对人体内几种细胞含有的基因和蛋白质情况进行了调查，结果如下。 检测3种细胞 卵清蛋白基因、珠蛋白基因、胰岛素基因 卵清蛋白mRNA 珠蛋白mRNA 胰岛素基因mRNA 输卵管细胞 红细胞 胰岛B细胞 （“＋”表示检测发现相应的分子，“－”表示检测未发现相应的分子。） 说明细胞中并不是所有的基因都表达，细胞中基因的表达存在选择性(细胞分化) ＋＋＋ + + + + + + ＋ － － － ＋ － － － ＋ 2. 根据所学知识分析上述表格数据说明了什么？ 1. 这3种细胞中合成的蛋白质种类有什么差别？ 每种细胞只合成3种蛋白质中的一种。 12 是否存在某些特定基因，所有细胞都会表达呢？ 既然不同细胞中的基因表达情况不同，那是否存在某些特定基因，所有细胞都会表达呢？ 13 ①管家基因：在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的。 如核糖体蛋白基因、ATP合成酶基因； ②奢侈基因：只在某类细胞中特异性表达的基因。 如卵清蛋白基因、胰岛素基因。 2、细胞分化的本质：基因的选择性表达。 1、在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类： 分化前后细胞中DNA（基因）不变 分化形成的细胞中mRNA和蛋白质不完全相同 表观遗传 自主学习（阅读P73） 1 讨论：柳穿鱼性状改变的原因？ 2 思考：F1的花为什么与植株A的相似？ 在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？ 3 讨论：小鼠性状改变的原因是什么？ 4 资料1和资料2 展示的遗传现象有什么共同点？ 毋庸置疑，基因的选择性表达是很神奇的一件事情，明明基因完全相同，表达情况却不相同。我们虽然还没完全明确其中的机制，但可以确定的是，这各过程一定受到了精密的调控，其中就涉及近几年方兴未艾的表观遗传学，我们先一起来看几个例子。 16 A,B两种植株，体内的Lcyc基因的序列相同 植株A：Lcyc基因在开花时表达 植株B：Lcyc基因不表达 植株A 植株B 表观遗传 资料一：柳穿鱼花的形态 讨论：柳穿鱼性状改变的原因？ Lcyc基因被高度甲基化 （有多个碱基连接甲基基团） Lcyc基因 正常 植株A 开花时表达 Lcyc基因 高度 甲基化 植株B 开花时不表达 × （杂交） F1 （自交） F2 讨论：F1的花为什么与植株A的相似？在F2中，为什么有些植株的花与植株B的相似？ 植株A的Lcyc基因在开花时表达,可看成为显性基因,而植株B的该基因不表达,可看成为隐性基因。两植株杂交,F1表现显性性状,F2出现类似性状分离的现象。 类似于AA×aa → Aa → A 、aa。 18 小鼠的毛色受一对等位基因控制： Avy是显性基因，表现为黄色体毛； a为隐性基因，表现为黑色体毛。 纯种黄色×纯种黑色→F1：基因型为Avya，却表现出不同的毛色；介于黄色和黑色之间的一系列过渡类型。 不同颜色的小鼠 资料二：小鼠毛色的遗传 讨论：小鼠性状改变的原因是什么 因为AVY基因的前端有一段影响AVY基因表达的特殊的碱基序列被甲基化修饰，AVY基因表达受到抑制。 1. 上述资料中，柳穿鱼和小鼠性状改变的原因是什么？ 柳穿鱼花形态改变，是因为基因的部分碱基被高度甲基化；小鼠毛色改变，是因为基因的前端有一段影响基因表达的特殊的碱基序列被甲基化。发生在基因或基因前端的甲基化修饰均导致相关基因的表达受到抑制，进而影响性状。 ⊗ 基因的碱基序列不变，部分碱基发生甲基化修饰，最终影响表型，并且这种修饰可以遗传给后代。 这是很震撼的。经典遗传学认为，生物的性状主要有基因决定，当然环境也一定会对性状产生影响。比如你天生体弱多病，通过后天的锻炼可以使身体更强壮，而你的锻炼只是改变了性状，未改变基因，准确的讲是未改变基因的碱基序列，所以这种性状是不会遗传给后代的，近些年的科学成果却发现，有时候即便不改变基因碱基序列的性状变异，也可以遗传给后代，我们把这一现象称之为表观遗传。 20 DNA甲基化 DNA甲基化后转录异常 保持不变 基因表达 表型 可遗传变化 2.特点： （1）DNA序列不变； （2）可遗传给后代； 4.常见的调控机制 （1）DNA甲基化修饰； （2）构成染色体的组蛋白甲基化、乙酰化等。 （3）可逆性。 3.发生的时期： 普遍存在于生物体的生长、发育和衰老的整个生命活动过程中。 生物体基因的碱基序列________，但________和_____发生__________的现象。 1.概念： 表观遗传 三.表观遗传 调控机制: ①DNA甲基化 (主要抑制转录) 三.表观遗传 (4)调控机制: ②染色体组蛋白甲基化,乙酰化等修饰 ③非编码RNA干扰(如miRNA) (主要抑制翻译) 组蛋白是组成染色质的主要蛋白质 组蛋白被修饰后,染色质形态发生变化,有利于基因表达(促进表达)或不利于基因表达(抑制基因表达)。 不编码蛋白质的RNA(除tRNA和rRNA） 三.表观遗传 (5)实例: 同卵双胞胎 异卵双胞胎 基因组成相同，但是性状依然有差异，有时候甚至差异很大，这就跟表观遗传有关。 基因组成不同，只是出生时间一样，所以性状差异甚远，性别也可以不同。 蜂王 持续获得蜂王浆 工蜂 不能持续获得蜂王浆 表观遗传在其中发挥了重要作用。 同由受精卵发育而来 有研究表明：吸烟会使人的体细胞内DNA的甲基化水平升高，对染色体上的组蛋白也会产生影响。不仅如此，还有研究发现男性吸烟者的精子活力下降，精子中DNA的甲基化水平明显升高，请查阅相关资料，结合表观遗传、烟草烟雾中含有的化学物质及其危害等知识，向亲友和周围人群深入宣传戒烟的道理。 26 基因表达与性状的关系 一因一效：一个基因影响一个性状。 一因多效：一个基因可以影响多个性状。 多因一效：多个基因影响一个性状。 如红绿色盲、白化病等单基因遗传病。 如研究发现水稻中的Ghd7基因编码的蛋白质不仅参与了开花的调控，而且对水稻的生长、发育和产量都有重要的作用。 如人的身高是由多个基因决定的，其中每个基因对身高都有一定的作用。 基因 通过改变遗传物质如基因突变，染色体变异等，使性状发生改变。 通过表观遗传，导致产生性状差异。 环境 在大多数情况下，基因与性状并不是都是一一对应的简单的线性关系，一种性状可由多个基因控制（多因一效），一种基因也可能影响多个性状（一因多效）。同时还受环境因素的影响。 ▲ ▲ 表型=基因型+环境 基因与基因、基因与基因表达产物、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用形成了一个错综复杂的网络，精细的调控者生物体的性状。 27 基因 生物的性状 环境 基因的表达产物 基因的表达 基因指导蛋白质的合成 翻译 转录 主要表现为 基因 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 复制 中心法则 细胞分化 选择性表达 控制酶的合成 控制蛋白质的结构 表观遗传 控制性状 环境 影响 本章思维导图 本页来自真姐的生物课堂。 29 习题巩固 1．个体的性状和细胞的分化都取决于基因的表达及其调控。 判断下列相关表述是否正确。 （1）基因与性状之间是一一对应的关系。（ ） （2）细胞分化产生不同类型的细胞，是因为不同类型的细胞内基因 的表达存在差异。（ ） × √ 2．我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育而成的羊，分泌的乳汁中含有人的凝血因子，可治疗血友病。下列叙述错误的是（ ） A、该项研究说明人和羊共用一套遗传密码子 B、该羊的乳腺细胞中含有人的凝血因子基因 C、该羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子基因 D、该羊的后代也可能含有人的凝血因子基因 C 拓展应用 有人说，“基因是导演，蛋白质是演员，性状是演员的表演作品。”你认为这种说法有道理吗？为什么？请你整理总结基因、蛋白质和性状三者之间的关系。 这种说法有一定的道理。基因通常是有遗传效应的DNA片段，DNA上特定的碱基排列顺序，蕴含着一定的遗传信息，可类比成组织者（导演），负责整部作品的呈现；蛋白质是生命活动的主要承担者，具体参与细胞的各项生命活动，可类比成执行者（演员）；而性状则是生物体表现出来的形态结构、生理和行为等特征的总和，主要是由蛋白质参与完成的，可类比成呈现方式（作品）。当然，打比方总会有比得不合理之处，因此，只能说有一定的道理。三者之间的关系是：基因通过控制蛋白质的合成控制生物体的性状。 拓展应用 2. 孟德尔通过豌豆杂交实验发现了分离定律和自由组合定律，然而，与他同时代的一些生物学家利用某些植物做一些性状的杂交实验时，并没有得出3 : 1和9 ：3 ：3 ：1的数量比；孟德尔用山柳菊也未得到与豌豆杂交实验相同的结果。请回答下列问题。 （1）为什么利用这些植物进行某些性状的杂交实验时，难以得出3 ：1和9 ：3 ：3 ：1 的数量比？请运用所学知识对可能的原因作出推测。 第一，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系，存在多对基因控制一对性状和一对基因控制多对性状的情形；第二，核基因在染色体上呈线性排列，因此这些基因有可能位于同源染色体上，导致这些基因控制的性状不遵循自由组合定律；第三，某些植物进行无性生殖，性状传递也不遵循孟德尔遗传规律；第四，个别性状可能是细胞质基因控制或与母本提供的细胞质成分有关。 拓展应用 3. 某种猫的雄性个体有两种毛色：黄色和黑色；而雌性个体有三种毛色：黄色、 黑色、黑黄相间。分析这种猫的基因，发现控制毛色的基因是位于X染色体上的 一对等位基因：X0（黄色）和XB（黑色），雄猫只有一条X染色体，因此，毛 色不是黄色就是黑色。而雌猫却出现了黑黄相间的类型，这是为什么呢？是不是 雌猫的有些细胞内X0表达，而另一些细胞内XB表达呢？请查找资料，寻找答案。 资料显示：哺乳动物雌雄个体的体细胞中虽然X染色体数量不同，但X染色体上的基因所表达的蛋白质的量是平衡的，这个过程称为剂量补偿。雌猫比雄猫多出1条X染色体，由于剂量补偿效应，在胚胎初期，细胞中的1条X染色体就会随机发生固缩失活，形成巴氏小体，而且发生染色体失活的细胞通过有丝分裂产生的子细胞也保留相同的染色体失活状态。 1已知一段双链DNA中，鸟嘌呤所占的比例为20%，由这段DNA转录 出来的mRNA中，胞嘧啶的比例是 ( ) A、10% B、20% C、40% D、无法确定 D 2一条肽链有500个氨基酸，则作为合成该肽链模板的mRNA和用来转录mRNA的DNA的碱基至少有 ( ) A、500个和1 000个 B、1000 个和2 000 个 C、1 500 个和 1 500 个 D、1 500 个和 3 000 个 D 3基因指导蛋白质合成的过程包括转录和翻译，下列相关叙述错误的是 ( ) A、转录和翻译都遵循碱基互补配对原则 B、转录以核糖核苷酸为原料，翻译以氨基酸为原料 C、遗传信息既可以从DNA流向蛋白质，也可以从蛋白质流向DNA D、在真核细胞中，染色体上基因的转录和翻译是在细胞内的不同区室中进行的 C 4基于对基因与生物体性状关系的理解，判断下列表述正确的是 ( ) A、生物体的性状主要是由基因决定的 B、每种性状都是由一个特定的基因决定的 C、基因都是通过控制酶的合成来控制性状的 D、基因的碱基序列相同，该基因决定的性状一定相同 A 5人体的神经细胞和肌细胞的形态、结构和功能不同，是因为这两种细胞内 ( ) A、 tRNA不同 B、rRNA不同 C、mRNA不同 D、DNA上的遗传信息不同 C 复习与提高P78 1．(1)编码这两种蛋白质的基因分别转录出相应的mRNA，在核糖体上翻译出蛋白质。 (2)否　家鸽细胞由于来源于同一个受精卵，故都含有这两个基因，但由于基因的选择性表达，这两个基因只在特定细胞中表达 (3)无法合成有功能的含铁的杆状蛋白质多聚体，可能导致家鸽无法导航，失去方向感,不能准确感应方向　 将生长状况相同的家鸽均分为两组，一组设法去除这两个基因，一组不做任何处理，观察两组的行为特点 2．(1)酶①或酶⑤　酶③　因为缺少酶③　尿黑素就不能分解为乙酰乙酸而逐渐积累，产生尿黑酸症。 (2)由这个例子可以看出，白化病等遗传病是由某些缺陷基因引起的，这些基因的产物可能是参与代谢途径的重要的酶。基因可以通过控制酶的合成调控生物体内物质的代谢途径，从而控制生物体的性状。 (3)帮助患儿解决特殊食物问题。 谢谢观赏 $$